JPH0144864Y2

JPH0144864Y2 -

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Publication number: JPH0144864Y2
Application number: JP5239384U
Authority: JP
Priority date: 1984-04-10
Filing date: 1984-04-10
Publication date: 1989-12-25
Also published as: JPS60164182U

Description

【考案の詳細な説明】（技術分野）本考案は、電歪素子に設けられた弁体で直接弁
座の開閉を行なう電子弁、さらに詳しく言えば、
永久磁石を用いて前記電歪素子の歪量を大きくす
るとともに、弁座シート力を強化することにより
バルブ容量を大きくする電子弁に関する。

（背景技術）空気圧回路に用いられている方向制御弁として
電歪素子を用いて弁座を直接開閉する電子弁が注
目されている。

本件出願人は、電歪素子を予め本体に固定した
のち、電歪素子に設けられた弁体で開閉される弁
座を調整して位置決めし、電歪素子を作動させる
ことにより、製造、組立が簡単であるとともに、
電歪素子の構造を改良することにより圧接力を増
加させ弁の開閉動作を確実にできる電子弁をすで
に提案している（実願昭58−168166）。

まず、前記考案に係る電子弁の基本構成を説明
する。

第１図は電子弁の基本構成を示す断面図であ
る。弁本体１は中央部に上方が開口した空気空間
１００が形成されている。また、本体１にはイン
ポートIN、アウトポートOUT、排気ポート
EXHが設けられている。インポートINは、流路
１０１を介して円環状の空気空間１０２に連通し
ている。アウトポートOUTは、空気空間１００
に直接連通している。排気ポートEXHは流路１
０６を介して円環状の空気空間１０７に連通して
いる。さらに、本体には弁座部材１１，１２が設
けられている。

弁座部材１１，１２は先端に円錐状の弁座１１
ａ，１２ａを有する円筒形の部材であつて、円筒
外周にねじ部１１ｂ，１２ｂが設けられている。
弁座部材１１，１２の後端には埋金１３，１４で
封止されており、内部に空気空間１０４，１０９
を形成し、空気空間１０４，１０９には外周に連
通する流路１０３，１０８と弁座１１ａ，１２ａ
の開口に連通する流路１０５，１１０が設けられ
ている。流路１０５，１１０の直径は弁の容量、
すなわち流路１０５，１１０を通る空気の流量を
決定する。

弁座部材１１，１２はＯリング９１，９２を介
して本体１に気密を保ちながら、ねじ部１１ｂ，
１２ｂで位置決め固定される。このとき、インポ
ートINに連通する空気空間１０２は弁座部材１
１の流路１０３、空気空間１０４、流路１０５を
介して本体１の空気空間１００に連通する。同様
に、排気ポートEXHに連通する空気空間１０７
は弁座部材１２の流路１０８、空気空間１０９、
流路１１０を介して本体１の空気空間１００に連
通する。なお、弁座部材１１，１２の弁座１１
ａ，１２ａは対面して設けられている。

電歪素子３は２枚の圧電磁器３１，３２と異種
材料からなる金属板３３とを貼り合わせたバイモ
ルフ構造を有する素子である。電歪素子３１，３
２の表面には焼付により銀電極が設けられてい
る。圧電磁器３１，３２は圧電係数の比較的大き
なものが適しており、例えばチタン酸ジルコン酸
鉛（PZT）系の磁器が用いられる。金属板３３
は電極として用いられており、例えば黄銅が適し
ている。

電歪素子３はリード線６１，６２に接続されて
おり、圧電磁器３１，３２の表面側にはリード線
６１が、金属板３３側にはリード線６２がそれぞ
れ半田付けされている。リード線６１，６２間に
は抵抗体７が接続されている。そして、電歪素子
３の上端とリード線６１，６２、抵抗体７との接
続部は高分子材料８により、素子ホルダ５１，５
２内で一体的にモールドされている。これは電歪
素子３の高速作動に対して接触不良や断線などの
事故を防止してバルブの信頼性を向上させるため
である。抵抗体７が挿入されているのは、非導通
にしたときには電歪素子３に蓄積された電荷を放
電して、電歪素子３を復帰しやすくするためであ
る。素子ホルダ５２はＯリング９３で本体１に気
密に嵌合されており、蓋５４で押えられている。
蓋５４はねじ５５，５５で本体１に固定され、蓋
５４の中央部はブツシユ５３で封止されている。
電歪素子３の先端には弁体４１，４２が弁座部材
１１，１２の弁座１１ａ，１２ａに対面して設け
られている。

電歪素子３が本体１に固定されたのち、弁座部
材１１，１２のねじ部１１ｂ，１２ｂを回動させ
て、電歪素子３を通電しない状態で弁体４１が弁
座１１ａを閉じ、弁体４２が弁座１２ａを開き、
通電した状態で弁体４１が弁座１１ａを開き、弁
体４２が弁座１２ｂを閉じるように調整する。

つぎに、動作を説明する。

リード線６に通電されていないときには、電歪
素子３は歪んでいないので、電歪素子３に設けら
れている弁体４１が弁座１１ａを閉じている。こ
のため、インポートINから流路１０１、空気空
間１０２、流路１０３、空気空間１０４、流路１
０５を介して供給される空気圧は遮断されてい
る。

いま、リード線６に通電されたとすると、電歪
素子３は第１図右側に歪むので、電歪素子３に設
けられている弁体４１は弁座１１ａを開き、弁体
４２が弁座１２ａを閉じる。このため、インポー
トINから流路１０１、空気空間１０２、流路１
０３、空気空間１０４、流路１０５を介して供給
されてきた空気圧は、空気空間１００を通り、ア
ウトポートOUTに流れる。

リード線６への通電が停止されると、電歪素子
３は自らの剛性により元の状態に復帰して、弁体
４１が弁座１１ａを閉じ、弁体４２が弁座１２ａ
を開く。このため、アウトポートOUTからの空
気圧は、空気空間１００、流路１１０、空気空間
１０９、流路１０８、空気空間１０７、流路１０
６を介して排気ポートEXHから排気される。

しかし、このような電子弁では電歪素子３の歪
量が小さく弁座シート力が弱いため、容量の小さ
な弁しか考えられなかつた。

いま、第２図ａに示すように空気圧をＰKgｆ／
cm²、シート径をＤcmとすると、シートしている弁
体４１を空気圧によつて反発しようとする力は、
Pπ（Ｄ／２）²＝F₁となる。このため、弁体４１は
F₁以上のシート力でシートしなければならない。
したがつて、空気圧Ｐ、シート径Ｄが大きければ
流量は多くとれるが、シート力は強い力が要るこ
とになる。また、第２図ｂに示したストロークδ
が大きくても流量は多くとれる。この隙間δによ
る流量の条件として、πDδ＞π（Ｄ／２）²によつ
て、δ＞Ｄ／４となるδがなければ、オリフイス
（口径）Ｄによる流量が隙間δで絞られて有効に
生かせなくなる。流量が多いということは、例え
ば、シリンダの負荷の場合には、より径の大きな
シリンダを充分働かせることができるし、シリン
ダ速度も速くなるということである。

例えば、空気圧Ｐ＝５Kgｆ／cm²、シート径Ｄ＝
0.06cm、F₁＝14gr、として３枚重ねの電歪素子を
0.1mm撓ますときの弾力による電歪素子の力を
20grとする。また、電歪素子の変位量dsの式はds
＝αdl²V¹ ₂／t²…(1)で与えられる。

いま、係数：α＝0.7、圧電係数：ｄ＝260×
10^-12m／Ｖ、変位素子の固定端から自由端まで
の長さ：ｌ＝0.03m、駆動電圧：Ｖ＝DC24V、電
歪素子の厚み：ｔ＝0.00015m、等を(1)式に代入
すれば、ds＝0.33mmを得る。ds＝0.33mmのうちδ₁
＝0.1mmは実験上弾力としてシートする力20grに
費やされるストローク（締代）であるから、δ₂＝
0.33−0.1＝0.23mmである。また、δ₂＝0.23mmのう
ち弁体４２が弁座１２ａを完全にシートするに
は、実験的に0.07mmの余分なストローク（締代）
が費やされるので、実際のバルブ開閉に有効なス
トロークδは、δ＝0.23−0.07＝0.16mmである。

ここで、Ｄ＝0.6mmのオリフイスのときには、
δ＞Ｄ／４なる関係があるときが有効であるの
で、上記値を代入すれば、0.16＞0.6／４となり
上記関係が成立する。上記計算は実験と良く一致
していることを確かめた。もし、Ｄ＞0.6mmなる
ときは、前述の理由により弾性としてシートする
力に費やされるストロークはδ₁＞0.1mmとなる。
したがつて、δは小さくなり、例えばＤ＝0.8mm
とした場合には、隙間δで絞られて充分0.8mmの
オリフイスを生かすことができない。

（考案の目的）本考案の目的は、永久磁石の反発力と吸引力を
利用して電歪素子の歪量を大きくするとともに、
弁座シート力を強化することによりバルブ容量を
大きくした電子弁を提供することにある。

（考案の構成）前記目的を達成するために本考案による電子弁
は、第１のポートが第１の弁座に、第２のポート
が第２の弁座に、第３のポートが本体内の空気空
間にそれぞれ接続されており、前記第１および第
２の弁座を開閉することにより動作流体の方向を
切換える制御弁において、前記本体に基部で固定
され、先端に前記第１の弁座に対面して設けられ
た第１の弁体と前記第２の弁座に対面して設けら
れた第２の弁体とを有するバイモルフ構造の電歪
素子と、前記本体の空気空間に設けられた第１の
永久磁石と、前記電歪素子の先端に前記第１の永
久磁石と対向して配置され、前記電歪素子の切換
動作時に前記第１の永久磁石との釣合い位置を越
えたときに該第１の永久磁石との反発力と吸引力
により前記第１および第２の弁座のシート力を増
加させる第２の永久磁石とから構成されている。

前記構成によれば本考案の目的は完全に達成で
きる。

（実施例）以下、図面等を参照して本考案をさらに詳しく
説明する。

第３図は本考案による電子弁の実施例を示した
断面図、第４図は本考案による電子弁に用いられ
ている永久磁石の取り付け部分を取り出して示し
た斜視図、第５図は永久磁石の位置調整の仕方を
説明するための図、第６図は本考案による電子弁
の実施例の動作を説明するための図である。

前述の基本構成と同一の符号は同一の機能を有
する部分である。本考案では、永久磁石２１，２
２を用いて電歪素子３のシート力を強化してい
る。この永久磁石２１，２２を取り付けるために
本体１、弁座部材１１，１２等の形状、構造に改
良が加えられている。以下、それらの箇所を中心
に説明する。

弁本体１は中央部に上方が開口した空気空間１
００が形成されている。また、本体１にはインポ
ートIN、アウトポートOUT、排気ポートEXH
が設けられている。インポートINは、流路１０
１を介して円環状の空気空間１０２に連通してい
る。アウトポートOUTは、空気空間１００に直
接連通している。排気ポートEXHは流路１０６
を介して円環状の空気空間１０７に連通してい
る。

本体１には弁座部材１１，１２が設けられてい
る。弁座部材１１，１２は先端に弁座１１ａ，１
２ａを有する円筒形の部材であつて、円筒外周に
ねじ部１１ｂ，１２ｂが設けられている。弁座部
材１１，１２の後端には埋金１３，１４で封止さ
れており、内部に空気空間１０４，１０９を形成
し、空気空間１０４，１０９には外周に連通する
流路１０３，１０８と弁座１１ａ，１２ａの開口
に連通する流路１０５，１１０が設けられてい
る。さらに、本考案では、弁座部材１１，１２に
は永久磁石２１を位置決め固定するための押圧面
１１ｃ，１２ｃが設けられている。

弁座部材１１，１２はＯリング９１，９１ａ，
９２，９２ａを介して本体１に気密を保ちなが
ら、ねじ部１１ｂ，１２ｂで位置決め固定され
る。従来、弁座部材１１，１２のねじ部１１ｂ，
１２ｂはシール剤でシールしていたが（第１図参
照）、本考案ではＯリング９１ａ，９２ａを設け
てシール剤なしで、空気をシールすることとし
た。主として、組立調整と工数上の便宜を考えた
ためである。

このとき、インポートINに連通する空気空間
１０２は弁座部材１１の流路１０３、空気空間１
０４、流路１０５を介して本体１の空気空間１０
０に連通する。同様に、排気ポートEXHに連通
する空気空間１０７は弁座部材１２の流路１０
８、空気空間１０９、流路１１０を介して本体１
の空気空間１００に連通する。なお、弁座部材１
１，１２の弁座１１ａ，１２ａは対面して設けら
れている。

電歪素子３の構成、電歪素子３のリード線６に
よる接続、本体１への固定のしかた等は概ね前述
の基本構成と同様である。なお、本実施例では、
電歪素子３を３枚重ねにした構造のものを使用し
て歪量の増加を図つている。また、従来、素子ホ
ルダ５２、Ｏリング９３（第１図参照）は円形で
あつたのを長方形に直し、第３図の素子ホルダ５
１で空気をシールし、さらに高分子材料８で完全
にシールした。素子ホルダ５１は電歪素子３に沿
つた長方形をしている。バルブ形状を小さくし
て、空気空間１００の容量を小さくし負荷の応答
性を向上させるためである。

空気空間１００の下面には案内凹溝１０が設け
られており、その案内凹溝１０には永久磁石２１
が載置されている。第４図に示すように、永久磁
石２１は上面と両側面の角には弁座部材１１，１
２の押圧面１１ｃ，１２ｃに押圧される傾斜面２
１ａ，２１ｂが設けられており、下面には本体１
の案内凹溝１０と嵌合する凸部２１ｃが設けられ
ている。一方、電歪素子３の下端には永久磁石２
２が貼着されている。永久磁石２１，２２の極性
は、第４図に示すように互いに反発するように配
置されている。永久磁石２１，２２の力が電歪素
子３の力を越えないように両磁石間の間隙δと永
久磁石の磁極の強さが決定されている。永久磁石
２１，２２はゴム永久磁石が用いられている。永
久磁石２１にゴム永久磁石を用いる理由は、主に
弁座部材１１，１２の押圧面１１ｃ，１２ｃでゴ
ム永久磁石２１を挾持して固定するため、位置決
め調整時に撓み代を与えて寸法誤差を吸収するの
に弾性が必要となるためである。また、ゴム永久
磁石を用いれば、錆防止の役割も果たす。永久磁
石２２にゴム永久磁石を用いる理由は、主に電歪
素子３との接着性がよく取付やすいからである。

永久磁石２１の取付方の一例を第５図を参照し
ながら説明する。まず、電歪素子３に所定の電圧
を通電したときに、弁体４２が一定の圧力で弁座
部材１２の弁座１２ａに押圧されて閉じる位置に
弁座部材１２を調節して固定する。つぎに、電歪
素子３に通電しないときに、弁体４１が一定の圧
力で弁座部材１１の弁座１１ａを押圧して閉じる
位置まで弁座部材１２を回動させ、第５図の２点
鎖線の位置までねじを進める。このとき、弁座部
材１１の押圧面１１ｃにより永久磁石２１の傾斜
面２１ａが押されながら進み、弁座部材１２の押
圧面１２ｃと共働して永久磁石２１を固定する。
このとき、弁座１１ａの高さに対して押圧面１１
ｃが永久磁石２１の傾斜面２１ａに当接する位置
が決定されれば、弁体４１の厚さは決まつている
ので、永久磁石２１と永久磁石２２の左右の位置
関係は自動的に調節される。

本実施例では本体１は透明の樹脂等を用いて成
形してあるので、弁座部材１１，１２と永久磁石
２１，２２の位置決め調整等が非常に便利である
という利点がある。

つぎに、本考案の電子弁の実施例の動作を説明
する。

リード線６に通電されていないときには、電歪
素子３は歪んでいないので、電歪素子３に設けら
れている弁体４１が弁座１１ａを閉じている。こ
のとき、永久磁石２２は第４図の実線で示した位
置になるので、永久磁石２１との反発力と吸引力
で弁座１１ａの押圧力を増している。

このため、インポートINから流路１０１、空
気空間１０２、流路１０３、空気空間１０４、流
路１０５を介して供給される空気圧は遮断されて
いる。

いま、リード線６に通電されたとすると、電歪
素子３は第４図右側に歪む。電歪素子３の歪によ
り永久磁石２２が永久磁石２１と釣合う点を過ぎ
ると永久磁石２２が永久磁石２１に反発されて、
電歪素子３の歪と永久磁石２１，２２の反発力と
吸引力により右側に瞬時に移動して第４図の２点
鎖線で示す位置に至る。

したがつて、電歪素子３に設けられている弁体
４１は弁座１１ａを開き、弁体４２が弁座１２ａ
を閉じる。このため、インポートINから流路１
０１、空気空間１０２、流路１０３、空気空間１
０４、流路１０５を介して供給されてきた空気圧
は、空気空間１００を通り、アウトポートOUT
に流れる。

リード線６への通電が停止されると、電歪素子
３は自らの剛性により元の状態に復帰する。電歪
素子３の歪により永久磁石２２が永久磁石２１と
釣合う点を過ぎると永久磁石２２が永久磁石２１
に反発および吸引されて、電歪素子３の剛性と永
久磁石２１，２２の反発力と吸引力により左側に
瞬時に移動する。

したがつて、弁体４１が弁座１１ａを閉じ、弁
体４２が弁座１２ａを開く。このため、アウトポ
ートOUTからの空気圧は、空気空間１００、流
路１１０、空気空間１０９、流路１０８、空気空
間１０７、流路１０６を介して排気ポートEXH
から排気される。

（考案の効果）以上詳しく説明したように、本考案によれば永
久磁石の反発力と吸引力を用いてシート性を高
め、電歪素子の歪量および押圧力を増加すること
ができるので、バルブ容量（流量）を大きくする
ことができるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は電子弁の基本構成を示す断面図、第２
図は電子弁の基本構成の問題点を説明するための
図、第３図は本考案による電子弁の実施例を示し
た断面図、第４図は本考案による電子弁に用いら
れている永久磁石の取り付け部分を取り出して示
した斜視図、第５図は永久磁石の位置調整の仕方
を説明するための図、第６図は本考案による電子
弁の実施例の動作を説明するための図である。１……本体、１０……案内凹溝、１１，１２…
…弁座部材、１１ａ，１２ａ……弁座、１１ｂ，
１２ｂ……ねじ部、１１ｃ，１２ｃ……押圧面、
２１，２２……永久磁石、３……電歪素子、３
１，３２……圧電磁器、３３……金属板、４１，
４２……弁体、５１，５２……素子ホルダ、５３
……ブツシユ、５４……蓋、５５……ねじ、６，
６１，６２……リード線、７……抵抗体、８……
高分子材料、９１，９１ａ，９２，９２ａ，９３
……Ｏリング。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

第１のポートが第１の弁座に、第２のポートが
第２の弁座に、第３のポートが本体内の空気空間
にそれぞれ接続されており、前記第１および第２
の弁座を開閉することにより動作流体の方向を切
換える制御弁において、前記本体に基部で固定さ
れ、先端に前記第１の弁座に対面して設けられた
第１の弁体と前記第２の弁座に対面して設けられ
た第２の弁体とを有するバイモルフ構造の電歪素
子と、前記本体の空気空間に設けられた第１の永
久磁石と、前記電歪素子の先端に前記第１の永久
磁石と対向して配置され、前記電歪素子の切換動
作時に前記第１の永久磁石との釣合い位置を越え
たときに該第１の永久磁石との反発力と吸引力に
より前記第１および第２の弁座のシート力を増加
させる第２の永久磁石とから構成したことを特徴
とする電子弁。